鋰離子電池因其優越的效能而廣泛應用於電化學儲能等領域。 然而，儲能電站火災事故已成為近年來關注的熱點話題。 儲能電站發生事故的主要原因是鋰離子電池內部材料的不穩定性，進一步誘發電池的熱失控產生大量氣體，甚至點燃。 雖然對鋰離子電池的熱失控產氣和火焰特性的研究較多，但研究物件集中在中小型電池上，儲能用磷酸鐵鋰電池的熱失控特性相對較少。 因此，本研究旨在分析磷酸鐵鋰電池熱失控氣體產生和火焰行為的特點，明確熱失控行為的危險性，為電化學儲能電站應急預案編制和消防設計提供理論依據。
中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室、安徽省電力科學研究院王慶松課題組以280ah磷酸鐵鋰電池為研究物件，運用實驗方法研究了磷酸鐵鋰電池在過熱條件下儲能的熱失控行為特徵。從產氣行為和火焰行為兩個方面得到了熱失控的熱失控危害，揭示了儲能用磷酸鐵鋰電池產熱失控氣體危險和火焰行為的表現形式。
1）量化了電池熱失控過程的四個階段。根據表面溫度與公升溫速率的關係，將電池的熱失控過程分為四個階段：加熱階段、熱失控孕育階段、熱失控階段和冷卻冷卻階段，如圖1所示。 電池的表面溫度主要受充電狀態的影響，產生的氣體或火焰輻射對電池本身的溫度影響不大。
圖1 不同充電狀態下電池熱失控過程中的表面溫度上公升率曲線。
2）揭示產氣和發火行為的危險表現。
通過分析電池上方不同高度的氣體溫度可以看出，隨著海拔高度的增加，氣體溫度逐漸降低，50%和100%SoC電池的最高產氣溫度分別為。 7、如圖2所示;通過對氣體成分的實時測量，在熱失控過程中產生大量的二氧化碳和烷烴可燃氣體，同時還存在大量的氫氣和有毒有害氣體，因此熱失控氣體產生行為的危險性主要表現在氣體的毒性、窒息性和爆燃特性上。
在儲能電站中，如果出現電火花，就會點燃大量的可燃氣體，並且由於火焰的存在，會產生高溫煙氣和熱輻射。 根據電池上方不同高度的火焰溫度，最高溫度可達750-900°C，如圖3所示，同時，大量的電解液和可燃氣體燃燒釋放出大量的熱量，對周圍物品產生強烈的熱輻射作用，因此熱失控火焰行為的危險主要表現為高溫火焰和強烈的熱輻射。
圖2 熱失控過程中產氣溫度、成分及產氣比例（H2除外）。
圖3 熱失控過程中火焰溫度和熱敏失控率變化曲線。
3）大容量磷酸鐵鋰電池存在內部熱失控和擴散現象。在電池熱失控期間，質量損失率存在多個峰值，如圖 4 所示。 拆解熱失控電池後，發現內部有四芯，四芯的熱失控依次構成整個電池熱失控的全過程，對應多個峰值質量損失率，如圖5所示，因此大容量磷酸鐵鋰電池的熱失控過程中存在明顯的內部熱失控擴散現象。
圖4 100% SoC磷酸鐵鋰電池熱失控過程中質量損失的變化曲線。
圖5磷酸鐵鋰電池熱失控內部傳播過程示意圖。
結果簡介。以上研究成果發表在Journal of Energy Storage上，第一作者為王叔平，宋來峰等人為合作者，段強玲、王慶松為共同通訊作者。
shuping wang, laifeng song, changhao li, jiamin tian, kaiqiang jin, qiangling duan*, qingsong wang*. experimental study of gas production and flame beh**ior induced by the thermal runaway of 280 ah lithium iron phosphate battery, journal of energy storage 74 (2023) 109368.